FY--3D卫星光谱成像仪陆上云检测算法研究

摘要

云识别是卫星数据定量反演云、气溶胶等的基础，只有首先进行云检测，才能进一步反演得到云特性、地表特性等物理量。陆地部分由于下垫面类型复杂，对应的云检测也更加困难。我国新一代极轨卫星“风云三号”第四颗星“FY-3D”于2017年11月成功发射，针对其携带的第二代中分辨率光谱成像仪(MERSI-Ⅱ)还没有适用的云检测算法，本文针对MERSI-Ⅱ开发陆地区域上基于经典的MODIS官方算法流程的云检测算法。该算法以MODIS现有产品算法为基础，基于MERSI-Ⅱ进行了相应调整。MERSI-Ⅱ设计含有0.47μm到12μm的25个通道，但是缺少了MODIS中用于高云检测的13.9μm和6.7μm通道，同时低云检测的亮温差测试中也缺少3.9μm通道，这些通道的缺少，都为MODIS算法在MERSI-Ⅱ上的应用带来了困难。 本文首先通过编译和运行IMAPP软件包实现了MODIS算法的程序设计。由于目前FY-3D的卫星数据还未公布，文中MERSI-Ⅱ的一级辐射数据和地理信息数据通过提取MODIS对应相近通道下的值假设得到。文章针对MERSI-Ⅱ和MODIS光谱通道的差异性，研究了MERSI-Ⅱ中对应通道缺失的影响。以2005年MODIS观测数据为基础，通过建立样本库、分析研究对象的数值分布特征等分别研究了MERSI-Ⅱ的3.8μm和4.05μm通道替代3.9μm通道的可行性，最终确定利用3.8μm通道执行对应的亮温差测试;通过大量观测值的统计分析并结合MODIS原有的阈值表确定了通道替换后新的阂值，完成了算法的开发。利用MODIS以及CALIPSO相关云产品对新算法进行评估发现，缺少13.9μmCO2高云检测和6.7μm水汽吸收检测对算法最终检测结果的影响并不大，一定程度上会提高晴空区的检测可信度;而利用3.8μm通道执行红外亮温差测试BT11-BT3.8会降低最终检测结果的可信度，使云区增多，晴空减少，优化阈值后结果得到显著提高;以MODIS结果为真值时，算法在陆地区域总体的判识精度高于88％，其中可信晴空和可信有云的结果判识精度高于可能晴空和可能有云的结果;算法对陆地区域多种不同类型的云，包括较难识别的透明薄卷云的检测结果多以可信有云表示，准确度高，云区的判识精度可达到90％以上（以CALIPSO结果为真值）。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的及意义

1．2国内外研究进展

1．3主要研究内容

2．1仪器介绍

2．1．1 FY-3D／MERISI-Ⅱ传感器

2．1．2 MODIS传感器及其云检测产品

2．1．3 CALIPSO及其云产品

2．2 MODIS云检测算法

2．2．1理论基础

2．2．2算法描述

2．3本章小结

第三章FY-3D／MERSI-Ⅱ云检测算法开发与分析

3．1云检测算法开发

3．1．1基本算法开发

3．1．2针对MERSI-Ⅱ通道的选择与分析

3．1．3针对MERSI-Ⅱ通道的反演阈值

3．2．1缺少高云通道检测的影响

3．2．2 3．9μm通道替换的影响

3．3本章小结

第四章FY-3D／MERSI-Ⅱ云检测产品评估

4．1数据选取与处理

4．1．1样本数据库

4．1．2数据匹配

4．2云检测产品定量评估

4．2．1沙漠区域

4．2．2其他陆地区域

4．3个例分析

4．3．1沙漠区域

4．3．2其他陆地区域

4．4本章小结

第五章总结与展望

5．1主要结论

5．2本文特色

5．3存在的不足和展望

致谢

参考文献

作者介绍